航空滚动轴承失效原因及预防的研究

文/空军某部队飞机修理厂　朱金华、刘建辉、杨向军

摘　要：滚动轴承在航空工业中主要起着支撑传输部件的作用，处于高载荷、高转速的工作环境中。通过对滚动轴承的使用进行研究，分析失效的原因，指出在使用过程中保证滚动轴承受载均匀，按工艺要求装配轴承，采取可靠的润滑密封手段，制定预防失效的措施，才能有效延长轴承使用寿命，为确保航空安全提供有力技术支撑。

关键词：航空轴承；失效形式；原因分析；预防措施

0　引言 

航空滚动轴承精度要求高，使用环境复杂，运转条件苛刻，主要使用在发动机、电机、泵体和操纵系统中，其质量状况直接影响着飞机各系统的可靠性。轴承在使用过程中由于本身质量和外部条件等原因，丧失原设计功能，导致故障事故或者不能正常工作的现象称为失效。在实际工作使用中，如安装调整标准不高，有碰撞损伤、润滑和维护不良，发生故障隐患排除不及时等现象，导致轴承的过早损伤、破坏，称为早期失效。通过收集早期失效轴承的大量数据，进行探索研究，找出失效原因，提出预防措施，有效提高轴承的使用寿命和可靠性。

1　滚动轴承失效的形式

滚动轴承的失效状态，可分为止转失效和丧精失效两种。止转失效是指轴承有突发情况，因丧失工作能力而停止转动，如裂纹、卡死等。丧精失效是指零件基本尺寸、表面精度在使用中发生变化，配合间隙超出原设计标准，虽然还能继续转动，但属非正常运转，如磨损、烧伤、腐蚀等。失效形式主要有以下八种。

1.1 磨损失效

滚动轴承滚动体和滚道有相对运动，就会产生磨损。当污物、砂尘或剥落的铁屑进入润滑剂，就会阻止滚道面的油膜形成，加剧磨损发生。持续的磨损导致轴承不能正常工作，称为轴承的磨损失效。

1.2 疲劳点蚀失效

滚动轴承滚动体和内、外圈不停地转动，接触表面受脉动载荷的反复作用，在表面下一定深度处产生疲劳裂纹，形成疲劳点蚀，致使轴承不能够正常转动。

1.3 腐蚀失效

轴承各金属零件表面同环境介质发生化学或电化学反应，造成的表面损伤、失效称为腐蚀失效。表现形式是生锈或化学腐蚀。

1.4 塑性变形失效

当轴承转速很低（n<10 r/min）或间歇摆动时，在较大的冲击载荷或静载荷作用下，会使轴承滚道、滚动体接触点的局部应力超过材料的屈服极限，产生塑性变形。持续的转动，导致轴承塑性变形失效。

1.5 剥落失效

承受较大载荷而又相对运动的滚动体、滚道接触表面，由于反复承受载荷，使金属表层成片状剥落，导致剥落失效。

1.6 断裂失效

轴承零件断裂将会造成突发性失效事故。由于装配、使用维护和保养不当，润滑密封不良、进入杂物等原因，轴承组成零件发生断裂、破碎，造成轴承断裂失效。

1.7 电蚀失效

受修理手段所限，在航空器的设备上需要进行焊接作业时，由于焊接电流通过设备上所安装的轴承，引起轴承表面击伤，造成电蚀失效。

1.8 烧伤失效

轴承内、外圈的滚道或滚动体表面和保持架在旋转中，由于急剧发热直至变色、软化、熔敷和破损，称为烧伤失效。在承受载荷时，如润滑不良、润滑油质量差、润滑油混有异物、装配不正确等因素造成温度高于设计值，烧伤轴承，使轴承滚道、滚动体出现回火现象。

2　滚动轴承失效的原因

通过大数据统计有关资料表明，引起轴承早期失效的主要因素占比为：负荷过重占9%，润滑不充分占32%，污染物占16%，安装调试占13%，维护不当占22%，其他占8%。

2.1 润滑和密封不当造成的失效分析

润滑和密封对滚动轴承的使用寿命、运转振动等有重要影响，正确使用润滑剂、研究改进密封性能，对轴承的可靠性和使用寿命是至关重要的，若出现问题易造成表面胶合、磨损、腐蚀、气蚀、烧伤等失效。

（1）产品超期。如使用过期而变质的、含有杂质的润滑剂润滑时，增加了轴承滚动体和内、外圈接触表面之间的摩擦系数，至使轴承早期失效。

（2）型号不对。润滑剂型号不正确或质量低劣，达不到润滑的目的，加快轴承失效。

（3）注入量少。润滑剂量注入量过少，润滑的作用不充足，产生干摩擦，造成发热，从而加快轴承疲劳点蚀和磨损，使轴承失效。

（4）流失变质。仪器?设备长时间封存、停放未用，造成润滑剂流失或凝固变质，在重新启用设备、仪器时没有更新润滑剂，加快轴承失效。

（5）密封错误。滚动轴承密封形式不合理、施工手段不正确：淤杂物、砂尘、水、化学剂等污染物侵入轴承内部，运转时加剧磨损；于润滑剂流失，失去润滑作用。

2.2 安装不当造成的失效分析

如安装方法、手段不正确，就达不到安装精度，轴承将会在不正常的状态下运行?大大降低了轴承原有的精度、寿命和性能，造成早期失效。多数轴承失效形式都与安装有直接关系。

（1）装配不标准。轴承装配时如不按工艺要求、技术标准进行操作，会使轴承零件损伤、产生变形、同轴度超差，运行时产生振动、磨损，降低使用性能、缩短使用寿命。

（2）装配游隙大。轴承装配时如游隙过大，滚动体产生较大振动，加剧滚动体和内、外圈滚道的冲击，产生塑性变形、甚至永久变形，加快轴承早期失效。

（3）装配游隙小。轴承装配时如游隙过小，造成滚动体和内外圈滚道之间产生摩擦，致使磨损加剧、温度升高，易出现烧伤、卡死现象。

（4）配合间隙大。装配过程中，轴承内圈与传动轴、外圈与轴承座孔配合间隙过大，使装配精度下降，容易出现旋转爬行现象，使配合表面磨损加剧，旋转精度下降。

（5）配合间隙小。装配过程中，轴承内圈与传动轴、外圈与轴承座孔配合间隙过小，如果进行强力装配，易造成内外圈变形，甚至裂纹、折断，造成轴承失效。

2.3 维护不当造成的失效分析

坚持日常保养、定期维护是延长轴承使用寿命的重要手段，否则易造成轴承的磨粒磨损、腐蚀、塑性变形等失效形式，缩短轴承的使用寿命。

（1）润滑脂使用。使用润滑脂润滑的方式，长时间不维护、不检查，易使密封形式破坏，造成润滑脂流失，如不能及时加入所需润滑脂，形成干摩擦；其次是容易进入灰尘、杂物、化合物，使轴承加快磨损，造成早期失效。

（2）润滑油使用。使用润滑油润滑的方式，长时间不维护、不检查，密封容器有缺陷，润滑油漏掉，刮油环、油泵等起不到给轴承供油的作用，形成干摩擦，造成轴承早期失效。

（3）外力载荷影响。轴承受载荷和外力的影响，运动过程中失去原装备的标准，如不及时维护、纠正，长时间处于非正常状态下运行，容易造成轴承早期失效。

3　滚动轴承失效的预防 

航空领域中，滚动轴承按使用环境、标准和使用期限更换易损件。但通过大数据调查分析，很多轴承失效时没有达到预期的使用寿命。因此，制定以下有效措施来延长轴承的使用寿命，预防早期失效。

3.1 严把滚动轴承的产品质量

质量关口要前移，加大轴承生产环节的跟踪监督和质量检测，确保成品各项指标达到设计要求，严格的跟踪监督和质量检测是预防轴承早期失效的重要手段。在装配使用时按要求正确启封轴承，把封存时的润滑剂清洗干净，重新添加新的润滑剂；目视检查滚动体有无麻点和变色，内、外圈有无磨损、腐蚀点，保持架是否扭曲、断裂。坚决杜绝不合格产品装机使用。

3.2 提高滚动轴承的安装质量

轴承的寿命差异除了取决于材质、制造精度之外，还取决于装配工艺。轴承装配过程中，应依据轴承结构形式、特点、尺寸精度、配合精度而采用相应的装配方法，受力点应直接加在过盈配合的套圈端面上，同时要保证合理的轴承间隙，如果装配不当，则可能会使轴承各零件造成损伤，影响轴承的使用性能、寿命。

3.3 保持滚动轴承的良好润滑

润滑质量的好坏，直接关乎滚动轴承是否能够正常运行，对轴承的密封、防腐、磨损、散热、缓和冲击等诸多因素起到决定性的影响和作用。滚动轴承如在工作环境差、条件恶劣的情况下使用，受交变载荷、冲击载荷的影响，若选用质量不合格的润滑油、不达标的润滑脂均会对轴承运转产生很大负面影响。因而，正确选择润滑剂的类型和牌号、采取科学的润滑方法、严格执行润滑操作规程，保持良好的润滑效果、润滑状态是减小滚动轴承磨损、腐蚀、胶合等失效的有效措施。

3.4 做好滚动轴承的维护保养

采取合理的轴承密封形式，保持良好的密封状态，防止润滑剂在运转时流失，防止砂尘、杂物、水、化学剂等污染物侵入，以免降低润滑效果，加剧轴承的磨损。在日常维护中，做好清洁工作，尽可能不让污染物进入轴承内部。如果发现轴承润滑剂流失或被污染，要立即清洗干净，重新加入干净润滑剂，并改善密封条件，确保密封可靠。

3.5 监控滚动轴承的有效运行

对工作中的轴承进行预测和诊断，是提高轴承可靠性和使用寿命的重要手段。轴承预测和诊断技术是与高精密的测试系统和检测手段联系在一起的，振动仪、数字温度仪、听诊器和其他简易仪器可帮助维修人员检出有故障的轴承，使用多种类型的故障监测仪进行多参数监测，对准确测出隐蔽的故障点非常有效。通过先进的仪器设备、方法手段尽早预测和诊断轴承的运行状态，采取有效措施提高轴承的可靠性、使用寿命。

4　结语

在滚动轴承失效的分析过程中，通过收集失效大数据，反复探索、研究以获得正确的数据和结果，找到真正的原因，采取有效措施提高使用性能、延长使用寿命，确保轴承运行的可靠性，为保证航空安全助力。

参考文献略

本文刊登于中国轴协会刊《轴承工业》2022年第8期“技术前沿”栏目！

（图片来源于网络）